JP2010086853A - Fuel cell system and its operation stop method - Google Patents

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誠治 杉浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of dispensing with a hydrogen storage means, capable of simplifying its structure and capable of achieving improvement on economical efficiency and durability. <P>SOLUTION: The fuel cell system 10 comprises a fuel cell stack 12, an oxidizer gas supply device 14, and a fuel gas supply device 16. An oxidizer gas passage zone 78 is formed on the oxidizer gas supply device 14 by blocking first and second air shutoff valves 58a, 58b, and a fuel gas passage zone 80 is formed on the fuel gas supply device 16 by blocking a hydrogen supply valve 64c and a purge valve 74. First volume of the oxidizer gas passage zone 78 and second volume of the fuel gas passage zone 80 are set up to be a volume ratio in which the whole oxygen remained in the oxidizer gas passage zone 78 is consumed by reacting with a fuel gas remained in the fuel gas passage zone 80 while the oxidizer gas passage zone 78 and the fuel gas passage zone 80 are blocked. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備える燃料電池システム及びその運転停止方法に関する。   The present invention includes a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell, and a fuel that supplies the fuel gas to the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system including a gas supply device and a method for stopping the operation thereof.

燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。   A fuel cell supplies a fuel gas (mainly hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (mainly oxygen-containing gas) to the anode-side electrode and the cathode-side electrode and causes them to react electrochemically. It is a system that obtains electrical energy.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. Has a cell. This type of power generation cell is normally used as a fuel cell stack by alternately laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.

この種の燃料電池では、発電（運転）が停止されると、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、アノード側電極に前記燃料ガスが残存する一方、カソード側電極に前記酸化剤ガスが残存している。このため、燃料電池の停止中に反応が惹起され、カソード側が高電位に保持されてしまい、電極触媒層が劣化するという問題がある。   In this type of fuel cell, when power generation (operation) is stopped, supply of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell is stopped, but the fuel gas remains on the anode side electrode, while the cathode side The oxidant gas remains on the electrode. For this reason, there is a problem that a reaction is caused while the fuel cell is stopped, the cathode side is held at a high potential, and the electrode catalyst layer is deteriorated.

そこで、燃料電池の運転停止時に、アノード側電極に残存する燃料ガスを空気に置換することにより、前記燃料電池の停止中の反応を阻止する工夫がなされている。   Thus, when the fuel cell is stopped, the fuel gas remaining on the anode-side electrode is replaced with air so as to prevent the reaction while the fuel cell is stopped.

しかしながら、燃料電池の起動時には、アノード側電極に供給される水素と、このアノード側電極に残存する空気とが反応してプロトンが生成され、このプロトンがカソード側電極に移動する。従って、カソード側電極では、移動したプロトンと、このカソード側電極側の酸素とが反応して水が生成される。その際、燃料電池が負荷に接続されていないために、アノード側からカソード側に電子の移動がなされず、カソード側電極に存在する水と電解質膜上の触媒坦持炭素とが反応して、二酸化炭素、プロトン及び電子が生成される。これにより、触媒担持炭素が消費されてしまい、発電性能が劣化するという問題がある。   However, when the fuel cell is started, hydrogen supplied to the anode side electrode reacts with air remaining in the anode side electrode to generate protons, and these protons move to the cathode side electrode. Therefore, in the cathode side electrode, the protons that have moved and oxygen on the cathode side electrode side react to generate water. At that time, since the fuel cell is not connected to the load, electrons are not transferred from the anode side to the cathode side, and water present on the cathode side electrode reacts with the catalyst-supported carbon on the electrolyte membrane, Carbon dioxide, protons and electrons are generated. As a result, there is a problem that the catalyst-supporting carbon is consumed and the power generation performance deteriorates.

この種の問題を解決するために、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池パワープラントが知られている。この燃料電池パワープラントは、図６に示すように、電解質膜１ａをアノード電極１ｂ及びカソード電極１ｃで挟持した燃料電池１を備えている。   In order to solve this type of problem, for example, a fuel cell power plant disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 6, the fuel cell power plant includes a fuel cell 1 in which an electrolyte membrane 1a is sandwiched between an anode electrode 1b and a cathode electrode 1c.

燃料電池１には、水素供給装置２と空気供給装置３とが接続されるとともに、前記水素供給装置２は、水素供給源４と水素貯蔵手段５とを備えている。水素供給装置２と空気供給装置３とは、バルブ６を介して連通及び遮断自在に構成されている。   A hydrogen supply device 2 and an air supply device 3 are connected to the fuel cell 1, and the hydrogen supply device 2 includes a hydrogen supply source 4 and a hydrogen storage means 5. The hydrogen supply device 2 and the air supply device 3 are configured to be freely connected and disconnected via a valve 6.

そして、燃料電池パワープラントを停止する際には、空気供給装置３から燃料電池１への空気の供給が停止される一方、バルブ６が開放されて水素貯蔵手段５からアノード電極１ｂ及びカソード電極１ｃに水素が供給されている。これにより、水素供給装置２の水素ライン及び空気供給装置３の空気ラインは、純水素に維持されている。   When the fuel cell power plant is stopped, the supply of air from the air supply device 3 to the fuel cell 1 is stopped, while the valve 6 is opened and the hydrogen storage means 5 supplies the anode 1b and cathode 1c. Is supplied with hydrogen. Thereby, the hydrogen line of the hydrogen supply apparatus 2 and the air line of the air supply apparatus 3 are maintained at pure hydrogen.

米国特許第６９８４４６４号明細書US Pat. No. 6,984,464

しかしながら、上記の特許文献１では、水素供給装置２が水素供給源４の他に、水素貯蔵手段５を設けている。このため、水素供給装置２の構成が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, the hydrogen supply device 2 is provided with hydrogen storage means 5 in addition to the hydrogen supply source 4. For this reason, there is a problem that the configuration of the hydrogen supply apparatus 2 is complicated and is not economical.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、水素貯蔵手段を不要にすることができ、構成を簡素化するとともに、経済性及び耐久性の向上を図ることが可能な燃料電池システム及びその運転停止方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can eliminate the need for hydrogen storage means, simplify the configuration, and improve the economy and durability, and a fuel cell system thereof The purpose is to provide an outage method.

本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備える燃料電池システム及びその運転停止方法に関するものである。   The present invention includes a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell, and a fuel that supplies the fuel gas to the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system including a gas supply device and an operation stop method thereof.

酸化剤ガス供給装置は、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ラインに第１開閉弁を設け、且つ前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出ラインに第２開閉弁を設けている。一方、燃料ガス供給装置は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインに第３開閉弁を設け、且つ前記燃料電池から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出ラインに第４開閉弁を設けている。   The oxidant gas supply device is provided with a first on-off valve in an oxidant gas supply line for supplying an oxidant gas to the fuel cell, and a second open / close in the oxidant gas discharge line for discharging the oxidant gas from the fuel cell. A valve is provided. On the other hand, the fuel gas supply device is provided with a third on-off valve in the fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the fuel cell, and a fourth on-off valve in the fuel gas discharge line for discharging the fuel gas from the fuel cell. ing.

そして、第１開閉弁と第２開閉弁との間に形成される酸化剤ガス流路域の第１容積と、第３開閉弁と第４開閉弁との間に形成される燃料ガス流路域の第２容積とは、前記酸化剤ガス流路域及び前記燃料ガス流路域が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域に残存する酸化剤ガス中の全ての酸素が、前記燃料ガス流路域に残存する燃料ガスと反応して消費される容積比に設定されている。   A first volume of the oxidant gas flow path region formed between the first on-off valve and the second on-off valve, and a fuel gas flow path formed between the third on-off valve and the fourth on-off valve The second volume of the region means that all the oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow channel region is the state where the oxidant gas flow channel region and the fuel gas flow channel region are closed. The volume ratio is set to be consumed by reacting with the fuel gas remaining in the fuel gas passage area.

また、酸化剤ガスは、空気である一方、燃料ガスは、純水素であり、第２容積＞０．４×第１容積の関係に設定されることが好ましい。   In addition, the oxidant gas is air, while the fuel gas is pure hydrogen, and it is preferable that the relationship of second volume> 0.4 × first volume is set.

さらに、酸化剤ガスは、空気である一方、燃料ガスは、純水素であり、第２容積＞０．８×第１容積の関係に設定されることが好ましい。   Further, it is preferable that the oxidant gas is air while the fuel gas is pure hydrogen, and the relationship of second volume> 0.8 × first volume is set.

さらにまた、酸化剤ガス流路域及び燃料ガス流路域が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域に残存する酸化剤ガス中の全ての酸素を消費させる手段を備えることが好ましい。   Furthermore, it is preferable to provide means for consuming all the oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow channel region in a state where the oxidant gas flow channel region and the fuel gas flow channel region are closed.

また、燃料電池システムの運転停止方法は、燃料電池から外部負荷を遮断する工程と、酸化剤ガス供給装置の運転を停止するとともに、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ライン及び前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出ラインを閉塞することにより、閉塞された第１容積の酸化剤ガス流路域を形成する工程と、燃料ガス供給装置の運転を停止するとともに、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン及び前記燃料電池から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出ラインを閉塞することにより、閉塞された第２容積の燃料ガス流路域を形成する工程とを有している。そして、第１容積と第２容積との容積比を設定することにより、酸化剤ガス流路域に残存する酸化剤ガス中の全ての酸素が、燃料ガス流路域に残存する燃料ガスと反応して消費される。   The fuel cell system operation stopping method includes a step of cutting off an external load from the fuel cell, an operation of the oxidant gas supply device, and an oxidant gas supply line for supplying an oxidant gas to the fuel cell; Closing the oxidant gas discharge line for discharging the oxidant gas from the fuel cell to stop the operation of the fuel gas supply device and the step of forming the closed first volume oxidant gas flow path region And closing a fuel gas supply line that supplies fuel gas to the fuel cell and a fuel gas discharge line that discharges the fuel gas from the fuel cell, thereby forming a closed second volume fuel gas passage area. And a process of performing. Then, by setting the volume ratio between the first volume and the second volume, all oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas channel region reacts with the fuel gas remaining in the fuel gas channel region. Then consumed.

本発明では、燃料電池システムの運転が停止される際、酸化剤ガス流路域及び前記燃料ガス流路域が閉塞されると、前記酸化剤ガス流路域に残存する酸化剤ガス中の酸素と、前記燃料ガス流路域に残存する燃料ガス中の水素とが、例えば、電解質膜をクロスリークして反応し、又は発電により反応し、消費される。   In the present invention, when the operation of the fuel cell system is stopped, if the oxidant gas channel region and the fuel gas channel region are closed, oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas channel region The hydrogen in the fuel gas remaining in the fuel gas flow channel region reacts by cross leaking the electrolyte membrane, or reacts by power generation and is consumed.

その際、酸化剤ガス流路域に残存する酸化剤ガス中の全ての酸素は、燃料ガス流路域に残存する燃料ガスと反応して消費される。このため、燃料電池システムの運転停止時に、酸化剤ガスを消費させるために新たな燃料ガスを補充する必要がなく、水素貯蔵手段等を不要にすることができ、構成を簡素化することが可能になる。   At that time, all oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow path region is consumed by reacting with the fuel gas remaining in the fuel gas flow path region. For this reason, when the operation of the fuel cell system is stopped, it is not necessary to replenish new fuel gas in order to consume the oxidant gas, hydrogen storage means and the like can be eliminated, and the configuration can be simplified. become.

しかも、アノード側電極側に酸素が残存することがないため、起動時に前記アノード側電極で酸素と水素との混在を阻止することができる。これにより、燃料電池システム全体の経済性及び耐久性の向上を図ることが可能になる。   Moreover, since oxygen does not remain on the anode side electrode side, mixing of oxygen and hydrogen can be prevented at the anode side electrode during startup. This makes it possible to improve the economy and durability of the entire fuel cell system.

図１は、本発明の実施形態に係る運転停止方法が適用される燃料電池システム１０の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 10 to which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is applied.

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ１８とを備える。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, an oxidant gas supply device 14 for supplying an oxidant gas to the fuel cell stack 12, a fuel gas supply device 16 for supplying a fuel gas to the fuel cell stack 12, And a controller 18 that controls the entire fuel cell system 10.

燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード側電極２４とアノード側電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体２８を備え、前記電解質膜・電極構造体２８をカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持する。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。   The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of fuel cells 20. Each fuel cell 20 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode side electrode 24 and an anode side electrode 26. The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between a cathode side separator 30 and an anode side separator 32. The cathode side separator 30 and the anode side separator 32 are constituted by a carbon separator or a metal separator.

カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。   An oxidant gas flow path 34 is provided between the cathode side separator 30 and the electrolyte membrane / electrode structure 28, and a fuel gas is provided between the anode side separator 32 and the electrolyte membrane / electrode structure 28. A flow path 36 is provided.

燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔（図示せず）、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔４０ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔（図示せず）が設けられる。   The fuel cell stack 12 communicates with each other in the stacking direction of the fuel cells 20 to supply an oxidant gas, for example, an oxidant gas inlet communication hole 38a for supplying an oxygen-containing gas (hereinafter also referred to as air), a fuel gas, For example, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying a hydrogen-containing gas (hereinafter also referred to as hydrogen gas), a cooling medium inlet communication hole (not shown) for supplying a cooling medium, and an oxidant gas outlet for discharging the oxidant gas A communication hole 38b, a fuel gas outlet communication hole 40b for discharging the fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole (not shown) for discharging the cooling medium are provided.

酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ５０を備え、前記エアコンプレッサ５０が空気供給流路５２に配設される。空気供給流路５２には、加湿器５４が配設されるとともに、前記空気供給流路５２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air compressor 50 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the air compressor 50 is disposed in the air supply flow path 52. A humidifier 54 is disposed in the air supply channel 52, and the air supply channel 52 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12.

酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路５６を備える。空気排出流路５６は、加湿器５４の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路５６には、エアコンプレッサ５０から空気供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁５７が設けられる。   The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 56 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 38b. The air discharge passage 56 communicates with a humidification medium passage (not shown) of the humidifier 54, and the air discharge passage 56 is connected to the fuel cell stack 12 from the air compressor 50 through the air supply passage 52. A back pressure control valve 57 with adjustable opening is provided for adjusting the pressure of the supplied air.

酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス供給ラインである空気供給流路５２に第１空気遮断弁（第１開閉弁）５８ａを設ける一方、酸化剤ガス排出ラインである空気排出流路５６に第２空気遮断弁（第２開閉弁）５８ｂを設ける。   The oxidant gas supply device 14 is provided with a first air shut-off valve (first on-off valve) 58a in an air supply flow path 52 that is an oxidant gas supply line, while an air discharge flow path 56 that is an oxidant gas discharge line. A second air shut-off valve (second on-off valve) 58b is provided.

燃料ガス供給装置１６は、高圧水素を貯留する水素タンク６０を備え、この水素タンク６０は、水素供給流路６２を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。この水素供給流路６２には、水素タンク元弁６４ａ、減圧弁６４ｂ及び水素供給弁６４ｃが、順次、設けられる。水素供給流路６２には、水素供給弁６４ｃの下流に沿って加湿器６５とエゼクタ６６とが設けられる。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 60 that stores high-pressure hydrogen. The hydrogen tank 60 communicates with the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 via a hydrogen supply flow path 62. In the hydrogen supply flow path 62, a hydrogen tank main valve 64a, a pressure reducing valve 64b, and a hydrogen supply valve 64c are sequentially provided. The hydrogen supply channel 62 is provided with a humidifier 65 and an ejector 66 along the downstream side of the hydrogen supply valve 64c.

エゼクタ６６は、水素タンク６０から供給される水素ガスを、水素供給流路６２を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。   The ejector 66 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 60 to the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply flow path 62 and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell stack 12. Then, the gas is sucked from the hydrogen circulation path 68 and supplied again as fuel gas to the fuel cell stack 12.

燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路７０が連通する。オフガス流路７０の途上には、キャッチタンク（貯水層）７２を介して水素循環路６８が連通するとともに、前記水素循環路６８は、エゼクタ６６に連通する。オフガス流路７０には、パージ弁７４を介して希釈ブロア７６が接続される。   The off gas passage 70 communicates with the fuel gas outlet communication hole 40b. A hydrogen circulation path 68 communicates with the off gas flow path 70 via a catch tank (water reservoir) 72, and the hydrogen circulation path 68 communicates with an ejector 66. A dilution blower 76 is connected to the off gas passage 70 via a purge valve 74.

燃料ガス供給装置１６は、燃料ガス供給ラインである水素供給流路６２に第３開閉弁である水素供給弁６４ｃを設ける一方、燃料ガス排出ラインであるオフガス流路７０に第４開閉弁であるパージ弁７４を設ける。   The fuel gas supply device 16 is provided with a hydrogen supply valve 64c, which is a third on-off valve, in the hydrogen supply passage 62, which is a fuel gas supply line, and is a fourth on-off valve in an off-gas passage 70, which is a fuel gas discharge line. A purge valve 74 is provided.

酸化剤ガス供給装置１４では、第１空気遮断弁５８ａと第２空気遮断弁５８ｂとの間に閉塞可能な酸化剤ガス流路域７８が形成される一方、燃料ガス供給装置１６では、水素供給弁６４ｃとパージ弁７４との間に閉塞可能な燃料ガス流路域８０が形成される。   In the oxidant gas supply device 14, an oxidant gas flow path region 78 that can be closed is formed between the first air cutoff valve 58 a and the second air cutoff valve 58 b, while in the fuel gas supply device 16, hydrogen supply A fuel gas flow path region 80 that can be closed is formed between the valve 64 c and the purge valve 74.

酸化剤ガス流路域７８の第１容積と、燃料ガス流路域８０の第２容積とは、前記酸化剤ガス流路域７８及び前記燃料ガス流路域８０が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域７８に残存する全ての酸素が、前記燃料ガス流路域８０に残存する水素と反応して消費される容積比に設定される。   The first volume of the oxidant gas flow channel region 78 and the second volume of the fuel gas flow channel region 80 are such that the oxidant gas flow channel region 78 and the fuel gas flow channel region 80 are closed. All the oxygen remaining in the oxidant gas channel region 78 is set to a volume ratio consumed by reacting with hydrogen remaining in the fuel gas channel region 80.

酸化剤ガス流路域７８の第１容積は、具体的には、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス用マニホールド（図示せず）、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、各燃料電池２０の酸化剤ガス流路３４及びガス拡散層内空孔を含む酸化剤ガス用通路系、第１空気遮断弁５８ａ及び第２空気遮断弁５８ｂからそれぞれ前記燃料電池スタック１２までの流路長、並びに加湿器５４の容積等の合計容積である。   Specifically, the first volume of the oxidant gas flow path region 78 includes an oxidant gas manifold (not shown) in the fuel cell stack 12, an oxidant gas inlet communication hole 38a, and an oxidant gas outlet communication hole 38b. The oxidant gas passage 34 of each fuel cell 20 and the oxidant gas passage system including the holes in the gas diffusion layer, the first air shut-off valve 58a and the second air shut-off valve 58b to the fuel cell stack 12, respectively. It is the total volume such as the flow path length and the volume of the humidifier 54.

燃料ガス流路域８０の第２容積は、同様に燃料電池スタック１２内の燃料ガス用マニホールド（図示せず）、燃料ガス入口連通孔４０ａ、燃料ガス出口連通孔４０ｂ、各燃料電池２０内の燃料ガス流路３６及びガス拡散層内空孔を含む燃料ガス用通路系、水素供給弁６４ｃ及びパージ弁７４からそれぞれ前記燃料電池スタック１２までの流路系、並びに加湿器６５、エゼクタ６６及びキャッチタンク７２の容積等の合計容積である。   Similarly, the second volume of the fuel gas flow path region 80 includes a fuel gas manifold (not shown) in the fuel cell stack 12, a fuel gas inlet communication hole 40 a, a fuel gas outlet communication hole 40 b, and each fuel cell 20. A fuel gas passage system including a fuel gas passage 36 and holes in the gas diffusion layer, a passage system from the hydrogen supply valve 64c and the purge valve 74 to the fuel cell stack 12, respectively, a humidifier 65, an ejector 66, and a catch The total volume such as the volume of the tank 72.

第１容積と第２容積とは、後述するように、前記第２容積＞０．４×前記第１容積の関係に設定され、あるいは、前記第２容積＞０．８×前記第１容積の関係に設定される。   As described later, the first volume and the second volume are set such that the second volume> 0.4 × the first volume, or the second volume> 0.8 × the first volume. Set to relationship.

燃料電池スタック１２には、酸化剤ガス流路域７８及び燃料ガス流路域８０が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域７８に残存する全ての酸化剤ガス（酸素）を消費させる手段として、例えば、走行用モータ等を含む負荷回路８２が接続される。燃料電池スタック１２には、必要に応じて、負荷回路８２に並列し酸素消費用の補助抵抗８４が、スイッチ８６により接続可能に設けられる。   The fuel cell stack 12 consumes all of the oxidant gas (oxygen) remaining in the oxidant gas channel region 78 in a state where the oxidant gas channel region 78 and the fuel gas channel region 80 are closed. As a means, for example, a load circuit 82 including a traveling motor or the like is connected. The fuel cell stack 12 is provided with an auxiliary resistor 84 for consuming oxygen in parallel with the load circuit 82 so as to be connectable by a switch 86 as necessary.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本発明の実施形態に係る運転停止方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below along the flowchart shown in FIG. 2 in relation to the operation stop method according to the embodiment of the present invention.

先ず、燃料電池システム１０の運転時には、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアコンプレッサ５０を介して空気供給流路５２に空気が送られる。この空気は、第１空気遮断弁５８ａの開放作用下に加湿器５４を通って加湿された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード側電極２４に供給される。   First, during operation of the fuel cell system 10, air is sent to the air supply flow path 52 via the air compressor 50 constituting the oxidant gas supply device 14. This air is humidified through the humidifier 54 under the opening action of the first air shut-off valve 58a, and then supplied to the oxidant gas inlet communication hole 38a of the fuel cell stack 12. This air is supplied to the cathode side electrode 24 by moving along the oxidant gas flow path 34 provided in each fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから空気排出流路５６に排出され、加湿器５４に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、第２空気遮断弁５８ｂ及び背圧制御弁５７を介して外部に排出される。   The used air is discharged from the oxidant gas outlet communication hole 38b to the air discharge passage 56 and is sent to the humidifier 54 to humidify the newly supplied air. It is discharged to the outside through the pressure control valve 57.

一方、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク６０から水素供給流路６２に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路６２を通って、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給される。燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード側電極２６に供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 60 to the hydrogen supply passage 62. This hydrogen gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply channel 62. The hydrogen gas supplied into the fuel cell stack 12 is supplied to the anode electrode 26 by moving along the fuel gas flow path 36 of each fuel cell 20.

使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂからキャッチタンク７２に送られて水分が除去された後、水素循環路６８を介してエゼクタ６６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。従って、カソード側電極２４に供給される空気とアノード側電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。   The used hydrogen gas is sent from the fuel gas outlet communication hole 40b to the catch tank 72 and water is removed. Then, the used hydrogen gas is sucked into the ejector 66 through the hydrogen circulation path 68, and again as fuel gas, the fuel cell stack. 12 is supplied. Accordingly, the air supplied to the cathode side electrode 24 and the hydrogen gas supplied to the anode side electrode 26 react electrochemically to generate power.

次いで、燃料電池システム１０の運転停止時には、先ず、図示しないイグニッションがオフされる（図２中、ステップＳ１）。さらに、外部負荷（走行用モータ等）が燃料電池スタック１２から遮断された後（ステップＳ２）、酸化剤ガス供給装置１４及び燃料ガス供給装置１６には、空気及び水素の供給を停止させる信号が出力される。このため、酸化剤ガス供給装置１４では、エアコンプレッサ５０の駆動が停止されて空気供給が停止される（ステップＳ３）。一方、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク元弁７６ａが閉塞されて水素ガスの供給が停止される（ステップＳ４）。   Next, when the operation of the fuel cell system 10 is stopped, first, an ignition (not shown) is turned off (step S1 in FIG. 2). Further, after the external load (traveling motor or the like) is disconnected from the fuel cell stack 12 (step S2), the oxidant gas supply device 14 and the fuel gas supply device 16 receive a signal for stopping the supply of air and hydrogen. Is output. For this reason, in the oxidant gas supply device 14, the driving of the air compressor 50 is stopped and the air supply is stopped (step S3). On the other hand, in the fuel gas supply device 16, the hydrogen tank main valve 76a is closed and the supply of hydrogen gas is stopped (step S4).

次いで、ステップＳ５に進んで、カソード系及びアノード系の封じ込めが行われる。具体的には、酸化剤ガス供給装置１４では、第１空気遮断弁５８ａ及び第２空気遮断弁５８ｂが閉塞されることにより、閉塞された酸化剤ガス流路域７８が形成される（カソード系の封じ込め）。燃料ガス供給装置１６では、水素供給弁６４ｃ及びパージ弁７４が閉塞されることにより、閉塞された燃料ガス流路域８０が形成される（アノード系の封じ込め）。   Next, the process proceeds to step S5 where the cathode system and the anode system are contained. Specifically, in the oxidant gas supply device 14, the first air shut-off valve 58a and the second air shut-off valve 58b are closed to form a closed oxidant gas flow path region 78 (cathode system). Containment). In the fuel gas supply device 16, the hydrogen supply valve 64 c and the purge valve 74 are closed, thereby forming a closed fuel gas flow channel region 80 (containment of the anode system).

そして、ステップＳ６に進んで、閉塞されている酸化剤ガス流路域７８に残存する全ての酸素は、閉塞されている燃料ガス流路域８０に残存する水素ガスと反応して消費される。この残留酸素消費工程は、各燃料電池２０を構成する固体高分子電解質膜２２のガス自然透過による反応処理（第１処理）と、スイッチ８６を閉じて燃料電池スタック１２からの電流を補助抵抗８４で消費することによる発電反応処理（第２処理）のいずれかにより行われる。   Then, the process proceeds to step S6, and all the oxygen remaining in the closed oxidant gas flow path area 78 reacts with the hydrogen gas remaining in the closed fuel gas flow path area 80 and is consumed. In this residual oxygen consumption step, a reaction process (first process) by natural gas permeation of the solid polymer electrolyte membrane 22 constituting each fuel cell 20 and the switch 86 is closed to supply a current from the fuel cell stack 12 to the auxiliary resistor 84. It is carried out by any one of the power generation reaction process (second process) by consuming it.

第１処理では、固体高分子電解質膜２２がガス透過性を有するため、カソード側電極２４側の酸素とアノード側電極２６側の水素とが、前記固体高分子電解質膜２２を通してクロスリーク（クロスオーバー）する。このため、カソード側電極２４側及び／又はアノード側電極２６側に酸素と水素との混在が発生し、固体高分子電解質膜２２に塗布されている電極触媒を介して前記酸素と前記水素とが直接反応（燃焼）することにより、該酸素が消費される。   In the first treatment, since the solid polymer electrolyte membrane 22 has gas permeability, oxygen on the cathode side electrode 24 side and hydrogen on the anode side electrode 26 side cross-leak (crossover) through the solid polymer electrolyte membrane 22. ) For this reason, a mixture of oxygen and hydrogen occurs on the cathode side electrode 24 side and / or the anode side electrode 26 side, and the oxygen and the hydrogen flow through the electrode catalyst applied to the solid polymer electrolyte membrane 22. The oxygen is consumed by direct reaction (combustion).

第２処理では、空気及び水素ガスの供給を停止した状態で、燃料電池スタック１２による発電が行われる。このため、カソード側電極２４側の酸素とアノード側電極２６側の水素とは、電気化学反応により消費される一方、この発電によって取り出された電力は、エアコン等のデバイスで消費され、ディスチャージ抵抗により消費され、あるいは、蓄電池に充電される。なお、専用の電力消費用の抵抗を設けてもよい。   In the second process, power generation by the fuel cell stack 12 is performed with the supply of air and hydrogen gas stopped. For this reason, oxygen on the cathode side electrode 24 side and hydrogen on the anode side electrode 26 side are consumed by an electrochemical reaction, while the electric power extracted by this power generation is consumed by a device such as an air conditioner and is discharged by a discharge resistance. It is consumed or charged to the storage battery. A dedicated power consumption resistor may be provided.

この場合、本実施形態では、閉塞されている酸化剤ガス流路域７８の第１容積と、閉塞されている燃料ガス流路域８０の第２容積とが、前記第２容積＞０．４×前記第１容積の関係に設定されている。   In this case, in the present embodiment, the first volume of the closed oxidant gas passage region 78 and the second volume of the closed fuel gas passage region 80 are such that the second volume> 0.4. X It is set to the relationship of the first volume.

ここで、図３中、（ａ）に示すように、第１容積：第２容積＝５：１の関係、すなわち、第２容積＝０．２×第１容積の関係に設定されていると、燃料電池システム１０の運転停止直後に、アノード系及びカソード系には、図３中、（ａ）に示すように、水素ガス及び空気が残留している（それぞれ、モル数を示す）。   Here, as shown in FIG. 3, as shown in (a), the first volume: second volume = 5: 1 relationship, that is, the second volume = 0.2 × first volume relationship is set. Immediately after the operation of the fuel cell system 10 is stopped, hydrogen gas and air remain in the anode system and the cathode system as shown in FIG.

このため、残存する全ての水素が消費された状態で、図３中、（ｂ）に示すように、カソード系には、窒素及び酸素が残留している。従って、長時間の放置により、カソード系の窒素及び酸素がアノード系にクロスリーク（クロスオーバー）し、アノード系内に酸素が残留してしまう。これにより、起動時にアノード系に水素が供給されると、酸素と水素との混在が惹起し、触媒電極の劣化が発生するおそれがある。   For this reason, nitrogen and oxygen remain in the cathode system, as shown in FIG. 3B, with all the remaining hydrogen consumed. Accordingly, when left for a long time, the nitrogen and oxygen in the cathode system cross-leak (cross over) into the anode system, and oxygen remains in the anode system. Thereby, when hydrogen is supplied to the anode system at the time of start-up, mixing of oxygen and hydrogen is caused, and there is a possibility that the catalyst electrode is deteriorated.

一方、図４中、（ａ）に示すように、第１容積：第２容積＝５：２、すなわち、第２容積＝０．４×第１容積の関係に設定されていると、燃料電池システム１０の運転停止後の消費によって、図４中、（ｂ）に示すように、アノード系内の水素とカソード系内の酸素とが反応して、前記水素及び前記酸素が完全に消費される。このため、長時間放置した後には、図４中、（ｃ）に示すように、アノード系及びカソード系には、窒素のクロスリーク（クロスオーバー）のみが発生し、このアノード系に酸素が残留することはない。   On the other hand, as shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4A, when the first volume: second volume = 5: 2, ie, the second volume = 0.4 × first volume is set, the fuel cell As shown in FIG. 4 (b), the consumption of the system 10 after the operation is stopped causes the hydrogen in the anode system to react with the oxygen in the cathode system, so that the hydrogen and the oxygen are completely consumed. . Therefore, after being left for a long time, as shown in FIG. 4C, only nitrogen cross-leakage (crossover) occurs in the anode system and the cathode system, and oxygen remains in the anode system. Never do.

従って、第２容積＞０．４×第１容積の関係に設定することにより、閉塞された酸化剤ガス流路域７８の残留する酸素量に対して、閉塞された燃料ガス流路域８０の残留水素量を十分に確保することができる。これにより、酸化剤ガス流路域７８の残留酸素を完全に消費する一方、燃料ガス流路域８０には、水素を残留させることが可能になる。   Therefore, by setting the relationship of second volume> 0.4 × first volume, the remaining amount of oxygen in the closed oxidant gas flow channel region 78 is set to the remaining fuel gas flow channel region 80 in the closed fuel gas flow channel region 80. A sufficient amount of residual hydrogen can be secured. As a result, residual oxygen in the oxidant gas channel region 78 is completely consumed, while hydrogen can remain in the fuel gas channel region 80.

このため、起動時に、燃料電池スタック１２の燃料ガス流路３６に水素ガスを供給する際、この燃料ガス流路３６で水素と酸素との混在を確実に阻止することができ、耐久性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。   For this reason, when hydrogen gas is supplied to the fuel gas flow path 36 of the fuel cell stack 12 at the time of start-up, the fuel gas flow path 36 can reliably prevent mixing of hydrogen and oxygen, and the durability is excellent. The effect that it becomes possible to improve is obtained.

しかも、燃料電池システム１０には、運転停止時に新たな燃料ガスを補充する必要がなく、例えば、水素貯蔵手段を不要にすることができる。従って、燃料電池システム１０全体の構成を簡素化するとともに、経済性の向上を図ることが可能になる。   Moreover, the fuel cell system 10 does not need to be replenished with new fuel gas when the operation is stopped, and for example, a hydrogen storage means can be dispensed with. Therefore, it is possible to simplify the configuration of the entire fuel cell system 10 and improve the economy.

また、図５中、（ａ）に示すように、第１容積：第２容積＝５：４の関係、すなわち、第２容積＝０．８×第１容積の関係を有する場合、燃料電池システム１０の運転停止後に、図５中、（ｂ）に示すように、燃料ガス流路域８０内の残留酸素量に比べて、相当に多量の残存水素量が得られている。このため、消費処理によって酸素が全て消費された際にも、アノード系には、比較的多量の水素が残留している。従って、図５中、（ｃ）に示すように、長時間の放置により、アノード系及びカソード系には、窒素及び水素が残留している。   Further, as shown in FIG. 5A, when the relationship of the first volume: the second volume = 5: 4, that is, the relationship of the second volume = 0.8 × the first volume, After the operation of 10 is stopped, as shown in FIG. 5B, a considerably large amount of residual hydrogen is obtained as compared with the amount of residual oxygen in the fuel gas flow path region 80. For this reason, even when all the oxygen is consumed by the consumption process, a relatively large amount of hydrogen remains in the anode system. Accordingly, as shown in FIG. 5C, nitrogen and hydrogen remain in the anode system and the cathode system after being left for a long time.

これにより、特にアノード系内に水素が残留するため、反応後の該アノード系の圧力低下を低減することができる。このため、負圧の防止及び固体高分子電解質膜２２へのダメージ防止が可能になるとともに、系内の気密性を容易に確保することができるという利点がある。   Thereby, since hydrogen remains particularly in the anode system, the pressure drop of the anode system after the reaction can be reduced. For this reason, it is possible to prevent negative pressure and damage to the solid polymer electrolyte membrane 22, and to have an advantage that airtightness in the system can be easily secured.

本発明の実施形態に係る運転停止方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system to which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is applied. 前記運転停止方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said operation stop method. アノード系及びカソード系の残留ガスと容積比との関係説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the relationship between the anode system and cathode system residual gas and the volume ratio. 前記アノード系及び前記カソード系の残留ガスと容積比との関係説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a relationship between a residual gas and a volume ratio of the anode system and the cathode system. 前記アノード系及び前記カソード系の残留ガスと容積比との関係説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a relationship between a residual gas and a volume ratio of the anode system and the cathode system. 特許文献１に開示されている燃料電池パワープラントの説明図である。It is explanatory drawing of the fuel cell power plant currently disclosed by patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １６…燃料ガス供給装置
１８…コントローラ ２０…燃料電池
２２…固体高分子電解質膜 ２４…カソード側電極
２６…アノード側電極 ２８…電解質膜・電極構造体
３０、３２…セパレータ ３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ４０ａ…燃料ガス入口連通孔
４０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ５０…エアコンプレッサ
５２…空気供給流路 ５４、６５…加湿器
５６…空気排出流路 ５８ａ、５８ｂ…空気遮断弁
６０…水素タンク ６４ｃ…水素供給弁
６６…エゼクタ ６８…水素循環路
７０…オフガス流路 ７４…パージ弁
８０…燃料ガス流路域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Oxidant gas supply device 16 ... Fuel gas supply device 18 ... Controller 20 ... Fuel cell 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Cathode side electrode 26 ... Anode side electrode 28 ... Electrolyte Membrane / electrode structure 30, 32 ... Separator 38a ... Oxidant gas inlet communication hole 38b ... Oxidant gas outlet communication hole 40a ... Fuel gas inlet communication hole 40b ... Fuel gas outlet communication hole 50 ... Air compressor 52 ... Air supply channel 54, 65 ... Humidifier 56 ... Air discharge flow path 58a, 58b ... Air shutoff valve 60 ... Hydrogen tank 64c ... Hydrogen supply valve 66 ... Ejector 68 ... Hydrogen circulation path 70 ... Off gas flow path 74 ... Purge valve 80 ... Fuel gas flow Alley

Claims (8)

酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備える燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガス供給装置は、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ラインに第１開閉弁を設け、且つ前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出ラインに第２開閉弁を設け、
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインに第３開閉弁を設け、且つ前記燃料電池から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出ラインに第４開閉弁を設けるとともに、
前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に形成される酸化剤ガス流路域の第１容積と、前記第３開閉弁と前記第４開閉弁との間に形成される燃料ガス流路域の第２容積とは、前記酸化剤ガス流路域及び前記燃料ガス流路域が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域に残存する前記酸化剤ガス中の全ての酸素が、前記燃料ガス流路域に残存する燃料ガスと反応して消費される容積比に設定されることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell A fuel cell system comprising:
The oxidant gas supply device includes a first on-off valve provided in an oxidant gas supply line that supplies the oxidant gas to the fuel cell, and an oxidant gas discharge line that discharges the oxidant gas from the fuel cell. A second on-off valve is provided;
The fuel gas supply device is provided with a third on-off valve in a fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the fuel cell, and a fourth on-off valve in a fuel gas discharge line for discharging the fuel gas from the fuel cell. While providing
Fuel gas formed between the first volume of the oxidant gas flow path region formed between the first on-off valve and the second on-off valve, and the third on-off valve and the fourth on-off valve The second volume of the flow path area refers to all oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow path area when the oxidant gas flow path area and the fuel gas flow path area are closed. Is set to a volume ratio consumed by reacting with the fuel gas remaining in the fuel gas passage area. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガスは、空気である一方、前記燃料ガスは、純水素であり、
前記第２容積＞０．４×前記第１容積の関係に設定されることを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas is air, while the fuel gas is pure hydrogen.
The fuel cell system is set to have a relationship of the second volume> 0.4 × the first volume. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガスは、空気である一方、前記燃料ガスは、純水素であり、
前記第２容積＞０．８×前記第１容積の関係に設定されることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the oxidant gas is air, while the fuel gas is pure hydrogen.
The fuel cell system is set to have a relationship of the second volume> 0.8 × the first volume. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガス流路域及び前記燃料ガス流路域が閉塞された状態で、前記酸化剤ガス流路域に残存する前記酸化剤ガス中の全ての酸素を消費させる手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxidant gas flow path region and the fuel gas flow path region remain closed in the oxidant gas flow path region. A fuel cell system comprising means for consuming all oxygen in an oxidant gas. 酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置とを備える燃料電池システムの運転停止方法であって、
前記燃料電池から外部負荷を遮断する工程と、
前記酸化剤ガス供給装置の運転を停止するとともに、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給ライン及び前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出ラインを閉塞することにより、閉塞された第１容積の酸化剤ガス流路域を形成する工程と、
前記燃料ガス供給装置の運転を停止するとともに、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン及び前記燃料電池から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出ラインを閉塞することにより、閉塞された第２容積の燃料ガス流路域を形成する工程と、
を有し、前記第１容積と前記第２容積との容積比を設定することにより、前記酸化剤ガス流路域に残存する前記酸化剤ガス中の全ての酸素が、前記燃料ガス流路域に残存する燃料ガスと反応して消費されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell, and a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell A method for stopping operation of a fuel cell system comprising:
Shutting off an external load from the fuel cell;
The operation of the oxidant gas supply device is stopped, and the oxidant gas supply line for supplying the oxidant gas to the fuel cell and the oxidant gas discharge line for discharging the oxidant gas from the fuel cell are closed. A step of forming a closed first volume oxidant gas flow path region,
The operation of the fuel gas supply device is stopped, and the fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the fuel cell and the fuel gas discharge line for discharging the fuel gas from the fuel cell are closed. Forming a second volume of fuel gas passage area;
And by setting the volume ratio between the first volume and the second volume, all the oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow channel region is allowed to flow into the fuel gas flow channel region. A method for stopping the operation of a fuel cell system, wherein the fuel gas system is consumed by reacting with the remaining fuel gas. 請求項５記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガスは、空気である一方、前記燃料ガスは、純水素であり、
前記第２容積＞０．４×前記第１容積の関係に設定されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 6. The shutdown method according to claim 5, wherein the oxidant gas is air while the fuel gas is pure hydrogen.
The method of stopping operation of the fuel cell system, wherein the relationship of the second volume> 0.4 × the first volume is set. 請求項５又は６記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガスは、空気である一方、前記燃料ガスは、純水素であり、
前記第２容積＞０．８×前記第１容積の関係に設定されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The shutdown method according to claim 5 or 6, wherein the oxidant gas is air while the fuel gas is pure hydrogen.
The method of stopping operation of the fuel cell system, wherein the relationship of the second volume> 0.8 × the first volume is set. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガス流路域及び前記燃料ガス流路域が閉塞された状態で、前記燃料電池の発電を行うことにより、前記酸化剤ガス流路域に残存する前記酸化剤ガス中の全ての酸素を消費させることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   In the operation stop method according to any one of claims 5 to 7, by performing power generation of the fuel cell in a state where the oxidant gas passage region and the fuel gas passage region are closed, A method for stopping the operation of a fuel cell system, characterized in that all oxygen in the oxidant gas remaining in the oxidant gas flow path region is consumed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069441A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Honda Motor Co Ltd Operation stop method of fuel cell system
JP2013033666A (en) * 2011-08-02 2013-02-14 Toyota Motor Corp Fuel battery system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5505874B2 (en) * 2010-06-23 2014-05-28 日産自動車株式会社 Fuel cell system
WO2014153647A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 Atomic Energy Of Canada Limited Low-energy electrochemical separation of isotopes
EP4220785A2 (en) * 2019-07-16 2023-08-02 CH Innovations Inc. Compact fuel cell modules and assemblies
JP7200953B2 (en) * 2020-01-08 2023-01-10 トヨタ自動車株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003515873A (en) * 1999-11-08 2003-05-07 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Fuel cell equipment
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
JP2006507647A (en) * 2002-11-26 2006-03-02 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Method for shutting down fuel cell apparatus using air purge
JP2006147550A (en) * 2004-10-19 2006-06-08 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell system, and its stopping, retaining and starting method, and stopping, retaining and starting program

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6635370B2 (en) * 2001-06-01 2003-10-21 Utc Fuel Cells, Llc Shut-down procedure for hydrogen-air fuel cell system
US6984464B2 (en) * 2003-08-06 2006-01-10 Utc Fuel Cells, Llc Hydrogen passivation shut down system for a fuel cell power plant
US7799475B2 (en) * 2004-08-26 2010-09-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of using H2 purge for stack startup/shutdown to improve stack durability

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003515873A (en) * 1999-11-08 2003-05-07 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Fuel cell equipment
JP2006507647A (en) * 2002-11-26 2006-03-02 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Method for shutting down fuel cell apparatus using air purge
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
JP2006147550A (en) * 2004-10-19 2006-06-08 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell system, and its stopping, retaining and starting method, and stopping, retaining and starting program

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012069441A (en) * 2010-09-24 2012-04-05 Honda Motor Co Ltd Operation stop method of fuel cell system
JP2013033666A (en) * 2011-08-02 2013-02-14 Toyota Motor Corp Fuel battery system

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